细胞生物学研究性教学模式的探索与实践

杨利艳　王祎玲　马娜

[摘 要] 细胞生物学是生命科学中最重要的基础学科之一。本文从研究性教学模式的角度对细胞生物学理论教学的教学内容、教学方法和实验教学的优化改革提出了几点思考，以期为提高细胞生物学的教学质量提供思路。教学改革实践初步证明，研究性教学模式从根本上发展了学生学习的主体性，为培养学生的创新意识、发展学生的科研思维能力提供了条件，为满足社会发展对创新型人才的需求提供了一条有效途径。

[关键词] 细胞生物学；研究性教学；探索与实践

[中图分类号] G424.1 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2013）06-0065-03

0 引言

21世纪是生命科学的世纪，细胞生物学是生命科学的重要基础学科，具有较强的理论性和实验性[1]，同时也是近年来发展迅速的前沿学科。综观2012、2013年的诺贝尔生理学或医学奖不难看出，这些对生命科学有重大推动作用的杰出成就都是细胞生物学研究的领域。因此，深入探究细胞这个生命活动基本单位对于理解生命活动的基本规律、探究生命科学领域的基本问题、解决医学领域的重大问题有重要的意义。但在传统的教学中，往往采用“灌输”式教学，使学生处于非常被动的地位，这种接受型的教学方式忽视了学生自主学习、自主探究能力的培养，抑制了学生的研究兴趣与创造性，与21世纪日益加剧的国际竞争对创新人才的强烈需求形成尖锐矛盾。因此，发展新的教学模式迫在眉睫。研究性教学模式要求教学过程中要充分发挥学生的主体地位和教师的主导作用，学生在教师指导下，通过以“自主、合作、探究”为特征的学习方式较好达到课程教学目标。本文从研究性教学模式的角度对细胞生物学理论教学的教学内容、教学方法和实验教学的优化改革提出了几点思考。

1 在理论教学中培养学生的研究性思维

1.1 调整和优化教学内容

《细胞生物学》是高等院校生物学各专业开设的一门必修课，其内容迎合了不同层次学习者和研究者的需求。要在理论教学过程中培养学生的研究性思维，则不能拘泥于教材的内容及其编排，需要调整和优化教学内容，为学生形成研究性思维习惯做好铺垫。基于此，可以根据理论知识的难易程度、学生的知识储备和接受新知的能力、《细胞生物学》课程教学大纲、学科发展现状等对课程内容做适当的删减、增添和整合，调整和优化教学内容。

1）删减。删减学生已经耳熟能详的内容。学生在长期的知识储备和经验积累过程中已经习得的基础知识，应在课堂上避免赘述。例如，关于“细胞是生命活动的基本单位” 这一概念，其涵义学生从中学就已经有所了解，可引导学生从生命活动的不同方面举例来证明这一结论，并与最近的研究进展相联系，培养学生归纳总结知识的能力并激发学习兴趣。

删减某些学科交叉内容。由于细胞生物学是生命科学的基础学科，与生物化学、分子生物学、微生物学等学科有着深刻的相互渗透与结合，很多理论知识在不同学科中重复出现，因此应做适当的删减，化重复理论为知识迁移。例如，学生已经在生物化学中对线粒体的氧化磷酸化有了系统的认识，在本课程可以着重从氧化磷酸化的分子结构基础及其细胞生物学定位来理解其作用机制，从而在细胞这一层次上对这个过程有全面理解并形成结构决定功能的生物学思想。

删减识记类课程内容。研究性学习的目的不仅在于知道是什么，而且在于明白为什么和怎么做，以提高解决问题的能力。把识记类理论知识放至课前或课后，在课堂上注重方法习得不失为好的举措。例如，细胞是一个复杂的信号网络系统，细胞信号转导的途径和细胞对信号的整合与控制应是课堂上探讨的重点，而细胞通讯、信号分子、受体等基本概念应由学生自主习得。除此之外，关于细胞生物学研究方法的内容可以移接至实验教学中。

2）增添。注入研究方法，渗透研究性思维。在《细胞生物学》中，对生命现象探究的内容虽有不少涉及，但很少展示具体的研究思路，因此要求教师要拥有丰富的教学资源和素材，适时在课堂教学中渗透科学研究方法。

引入科研成果，把握学科前沿。教师需要时刻关注国内外的科学研究动态和成果，撷取精华介绍给学生[2]，拓宽学生视野；教师应提炼学术会议上各专家的新理念、新思路，以活跃学生的思维，便于研究性学习，推陈出新；学生也要利用书籍、期刊、网络、电视等多种途径丰富见闻，在合作和交流中兼收并蓄，思维碰撞。

适时插入科学家的故事。必要时，以科学家艰辛的探索事迹进行科学态度和科学精神教育，适时引入科学家的逸闻趣事，以激发学生的学习兴趣。

3）整合。细胞是生命活动的基本单位，“一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找”。为了系统而深刻地理解生命的本质，必须避免片段化教学，应对教学内容适当整合，以符合学生的认知规律。

知识点间的整合。例如，锚定连接需要细胞骨架系统的参与，因此可把锚定连接的相关内容安排在细胞骨架后，以便新旧知识的联接。

调整课程内容的顺序。细胞生物学的研究重点已不再限于细胞的结构与功能方面，而是明显转向细胞重大生命活动及其分子机制的探秘，因此建议将细胞的结构与功能等章节内容整合、将细胞重大生命活动及其分子机制等章节内容整合，掌握前者是揭示后者的基础。

1.2 改變教学方法，改进评价体系

在研究性教学中强调，学生是教学过程的主体，学生要在研究中学习和成长，发展学习主动性和养成独立思考的习惯；教师则在整个教学过程中起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用[3]。在教学方法上，建议采用问题教学方式，在确定了研究课题的前提下，通过创设问题情境，引导学生质疑，并恰当引入科研成果。

1）建立激励机制，确定研究课题。采用研究性教学模式会增加学生的课前准备负担，对于每个学期要上近10门课程的学生来说，如何激励学生主动学习是非常重要的。学生的积极参与仅仅靠老师语言上的激励是不够的，必须建立相应的激励机制，比如可在教学质量的评价体系中加入“课堂发言”这一项，并在最终成绩考核中占一定的比例，如可设定课堂发言∶实验成绩∶理论成绩=3∶3∶4，课堂发言由教师当场打分，整个学期成绩累计，取其平均值。

研究性教学模式并不在于形式上以学生为主，而在于学生在实质上的主体地位。因此，在教学方式上，既可以采用老师提问、学生讨论的方式，也可以采用教师讲授、学生随时质疑的方式。在第一种方式中，老师需要精心组织并向学生提供研究课题，鼓励学生主动参与，由于学生准备的是否充分直接决定了其在课堂上的参与度和思维的拓展度，因此在确定研究课题后，要留给学生一定的时间准备相关材料。同时，为避免要探究的问题因庞杂而止于肤浅，可将研究课题分成若干子课题。在实践中，将学生分成小组（每组3～5人），问题到组，每小组负责阐述1～2个子课题。这样既保证了学生探究问题有一定的深度，又有效地激发了他们的参与热情。

在确定课题及课堂讨论中要注意掌握研究课题的广度与深度。为达到既使学生掌握理论知识又能训练其思维的目的，在确定研究课题时，应注意课题的广度，不能任意发散、偏离重点；同时，也要考虑到课题的深度，难度适中，有效激发学生的兴趣。例如，在《细胞信号转导》课题中，要求学生理解并掌握细胞信號转导的主要途径、细胞对信号的整合和控制，教学活动应围绕这两方面展开，在掌握基本的几条途径的基础上，再进行归纳，绘制网络图，找出其交叉点，从而理解其整合性。同时可通过查阅文献进行知识的扩展，了解近年来这些基本的信号转导途径的新进展。

2）创设问题情境，引导学生质疑。在研究性教学中，师生应是平等的探索者的关系，教学过程就是解决问题的过程，因此应以问题研究[4]为主线，教师要善于提出启发性、针对性的问题[2]，问题的设置要有层次感，遵循学生的认识规律。开场问题要设计巧妙，顺利促使学生进入学习情境；教学过程中，教师要做好学生活动的组织者、帮助者和促进者，指导和总结提升到位；对于抽象复杂的机制需要结合多媒体等手段，化繁为简；探讨完理论知识后，要引导学生思考和分析与生产生活紧密相关的问题，学以致用。学生可以采用独立思考、小组讨论等多种形式的学习方法多角度调动思维，也可以在解决问题的同时提出有研究价值的新问题，进行课堂外的延伸，拓展思维的深度。例如，在《细胞信号转导》课题中，教师可借此课题引导学生掌握相关前沿。如教师可提出：生物对光的响应是通过其受体来完成的，目前已经发现了几种光的受体，分别是什么？UV-B的受体是什么？受体如何传递这一信号？细胞对这一信号产生什么样的响应？当诸如小麦等植物接受UV-B后，会产生哪些响应？这样学生就会通过阅读文献掌握这一领域的最新发现，了解UVR8这一刚刚发现的紫外线的受体，通过了解其机理，联系实际，就可以自然而然地提出：可以通过人为增强紫外线辐射来刺激植物产生更多的类黄酮，从而提高某些植物尤其是药用植物的保健作用。这样，理论就和实践很好地结合到了一起。

3）恰当地引入科研成果。细胞生物学是一门迅猛发展的学科，尤其是分子生物学的概念与方法的引入，将其迅速推向分子细胞生物学水平。细胞生物学相关领域的研究现状和成果如何，教师可以在课堂上适时介绍给学生，尤其是重点阐述研究方法、实施步骤等内容，对学生进行科研方法与思路的指导。例如，在《细胞分化与基因表达调控》这一章节中，可以引入2012年诺贝尔医学奖获得者日本京都大学教授山中伸弥和英国的约翰戈登将细胞核重新编程的成果（即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于形成各种类型的细胞，这一技术的实现免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约，将能避免异体移植产生的排异反应，为某些严重疾病的治疗提供了契机）。领域的杰出成果能够对现有课本知识进行补充，学生也可以通过专题文献查阅报告的形式交流科学界的新理念、新发现。

2 在实验教学中锻炼学生的科研技能

实验教学是培养学生技能的重要途径，也是学生研究性学习的具体体现。通过一系列实验技能的学习和实践操作，学生将对所学的基础理论知识有更深刻更直观的理解，同时还可了解有关细胞生物学和细胞工程领域常用的研究手段和方法，为进一步深造和独立开展科研工作奠定基础。

2.1 合理安排实验教学进程

实验课的进程应该与理论课的进程相辅相成，教学建立在科研基础上，科研促进教学的提高。

2.2 改建实验课

1）通过验证性实验培养学生基本的实验技能。通过细胞形态结构的观察，学生可以掌握相差显微镜、偏光显微镜、暗视野显微镜、荧光显微镜等各类显微镜的结构、原理及其操作；通过对细胞组分的分离及观察，学生可以学会分离、纯化、活体染色等技术。在实验前，学生应该通过实验指导、网络等了解相关仪器设备，并了解其原理及操作，指导教师对所出现的问题进行指导，规范操作。

2）通过设计性和综合性实验培养学生分析和解决问题的能力。设计性实验、综合性实验要求学生以本课程的相关理论知识为基础，在具备一定的实验操作技能的前提下，通过查阅资料等富有创造力地独立完成实验设计，创新实验方案，这对学生的素质要求较高，因此也是培养学生分析和解决问题能力的良好手段。设计性和综合性实验的题目可以结合教师的科研项目拟定，从而不仅将教学与科研融为一体，而且可以集结众多人的智慧，推进教师的科研进程。

2.3 撰写实验报告和科研论文

实验报告具有情报交流、保留资料的作用，学生在撰写验证性实验的报告时要如实地把实验的全过程和实验结果记录下来，对结果进行分析讨论时要加入自己的理解，拓展科研思维，也可以写出实验中遇到的问题、解决的方法、误差分析，并提出改进意见。

对于设计性和综合性的实验，撰写科研论文是学生展示科研能力、提高科研水平的重要手段，是需具备的基本功之一。

3 教学改革效果

目前所使用的理论课教材为翟中和院士等主编的《细胞生物学》（第三版），本着研究性教学的理念，首先对部分章节如“细胞的能量转换——线粒体和叶绿体”尝试采用了研究性教学模式，学生利用课外时间积极查阅资料，认真思考，充分准备；课堂上以小组为单位首先提出自己的问题，然后讲解，各小组讨论、提问，最后总结。通过这样的方式，不仅学生的学习热情高涨，对知识的理解更为透彻，更重要的是，学生能发现问题并知道如何解决问题。接下来，又把一些问题留给学生，如在细胞的信号转导中，G蛋白耦联受体介导的信号通路广泛参与生命活动的诸多方面，而且该领域是一个正在迅速发展的领域，不断有新的发现。所以鼓励学生充分利用高校的期刊数据库获取相关研究进展，课堂上小组交流讨论，通过这样的方式学生获取了大量的信息，对该领域的前沿动态也有了一定的了解，极大地激发了学生的科研热情。在实验教学方面，将细胞生物学实验进行了课堂外的延伸，与大学生创新实验相结合，鼓励学生利用细胞生物学的知识去解决或探究某一问题，目前已有部分成果被国内重要的核心期刊所接受。研究性教学的采用，使细胞生物学教学质量有了显著提高。学生不仅在课前养成了独立思考的习惯，提高了自主学习能力，而且能在课堂上广泛参与讨论，交流思想，合作学习；学生对细胞生物学的理论知识和实验技能掌握得较为扎实，对细胞生物学的科学前沿有较敏锐的把握，利用细胞生物学基础知识、基本技能开展相关领域研究的能力得到了提高。总之，研究性教学模式从根本上发展了学生学习的主体性，为培养学生的创新意识、发展学生的科研思维能力提供了条件。教师应积极开展研究性教学的尝试与探讨，培养创新型人才。

参考文献

[1]翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学（第4 版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]卢晓梅，杨艳燕，居超明.生物学研究性教学的探索与实践 [J]. 生物学杂志，2005，（3）：47-49.

[3]钟启泉，张华.课程与教学论[M].上海：上海教育出版社， 2003：469，475.

[4]李芬.“问题教学法”在细胞生物学实验教学改革中的尝试 [J].教师，2012，（14）：50-51.